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La fusion nucléaire : de la recherche fondamentale à la production d'énergie ?

Résumé

Rapport qui fait le point sur l'état de la recherche en matière de fusion contrôlée et qui analyse les perspectives économiques et industrielles qui pourraient en découler pour la domestication des énergies futures. Les projets ITER et LMJ (Laser Mégajoule) sont notamment abordés.


  • Contributeur(s)
  • Éditeur(s)
  • Date
    • DL 2007
  • Notes
    • Notes bibliogr.
  • Langues
    • Français
  • Description matérielle
    • 1 vol. (XIX-251 p.) : ill. en noir et en coul. ; 24 cm
  • Collections
  • Sujet(s)
  • ISBN
    • 978-2-86883-862-9
  • Indice
    • 621.10 Énergie nucléaire, réacteurs et centrales nucléaires
  • Quatrième de couverture
    • La fusion nucléaire : de la recherche fondamentale à la production d'énergie ?

      La production d'énergie est au coeur des préoccupations de tous les États. Depuis quelques dizaines d'années, les énergies fossiles, qui sont les plus consommées, affectent le climat en émettant des gaz à effet de serre, et les variations qui en résultent paraissent insupportables.

      Le monde scientifique se trouve face à un énorme défi : soit permettre à tous d'accéder à l'énergie selon les modalités existantes, soit inventer un nouveau mode de production énergétique indispensable au développement.

      Si l'énergie issue de la fission d'éléments lourds est maîtrisée depuis un demi-siècle tant au plan militaire que civil, il en va très différemment de l'énergie issue de la fusion des éléments légers (hydrogène, deutérium et tritium). En effet, cette fusion ne peut intervenir qu'à des températures très élevées, ce qui pose des problèmes inédits. Les recherches ont permis de réaliser la fusion pendant quelques secondes, établissant que la méthode est possible. L'isolation des volumes où se produit la fusion se fait selon deux voies : la voie du confinement magnétique, dont les réacteurs Tokamaks ont montré la faisabilité, et la voie du confinement inertiel, dont le principe a été vérifié. Il faut noter cependant que toutes ces expériences consomment jusqu'à présent plus d'énergie qu'elles n'en produisent.

      Même si la faisabilité de la fusion est chose établie, son exploitation industrielle reste encore très éloignée. L'importance des travaux dans chacune de ces voies implique une coopération internationale qui s'est organisée autour de la voie du confinement magnétique : Iter et IFMIF associent la Communauté européenne, le Japon, les États-Unis, la Chine, la Russie, la Corée et l'Inde.

      Il n'est pas du rôle de l'Académie des sciences de dégager le poids relatif que les États doivent consacrer aux énergies renouvelables, aux économies d'énergie et aux travaux scientifiques prospectifs, mais il est raisonnable d'aborder cette question de la fusion en tant que telle. C'est pourquoi ce rapport en présente les caractéristiques essentielles en faisant le point sur les connaissances scientifiques et techniques acquises, et sur les pistes des recherches à entreprendre avant de pouvoir construire des usines productrices d'énergie.

      Cet ouvrage a regroupé des spécialistes engagés dans les travaux les plus théoriques et dans les expériences de confinement magnétique et de confinement inertiel. L'Académie a souhaité en outre présenter les conséquences immédiates, pour la France, de son association avec les partenaires d'Iter.


  • Tables des matières
      • La fusion nucléaire : de la recherche fondamentale à la production d'énergie ?

      • Rapport sur la science et la technologie n° 26

      • Guy Laval

      • EDP Sciences

      • Rapport Science et Technologieiii
      • Composition du Comité RSTv
      • Avant-proposvii
      • Composition du groupe de travailxi
      • Analyse et recommandations1
      • Introduction1
      • 1. Rappel des objectifs3
      • 2. État de la situation aujourd'hui5
      • 3. Évolution des recherches dans les vingt prochaines années7
      • 3.1. Le confinement magnétique : Iter7
      • 3.2. Le confinement inertiel : LMJ9
      • 4. Les verrous scientifiques et techniques pour Iter et le LMJ10
      • 5. Les verrous techniques et la préparation de l'industrialisation13
      • 6. Les autres filières ou solutions innovantes14
      • 7. Organisation de la recherche en fusion : aspects nationaux, européens et internationaux16
      • 7.1. La recherche de base16
      • 7.2. L'organisation de la recherche sur le confinement magnétique17
      • 7.3. L'organisation de la recherche pour le confinement inertiel22
      • Conclusions et propositions25
      • Chapitre 1 La filière Tokamak et la machine Iter29
      • 1. La machine Iter32
      • 2. Objectif nominal33
      • 3. Objectif avancé35
      • 4. Objectif technologique36
      • 5. Après Iter37
      • Chapitre 2 La fusion par confinement inertiel41
      • 1. Principes et motivations43
      • 1.1. Concept43
      • 1.2. Principe d'un réacteur FCI43
      • 1.3. Les attraits de la fusion inertielle45
      • 1.4. Les principales étapes de la fusion inertielle46
      • 2. Solutions et projets46
      • 2.1. Les drivers46
      • 2.2. La cible et les schémas d'implosion48
      • 2.3. La chambre de réactions et les projets de réacteurs49
      • 3. Situation actuelle et perspectives50
      • 3.1. L'implosion par laser51
      • 3.2. L'implosion par ions lourds54
      • 3.3. L'implosion par Z-pinch55
      • Conclusion55
      • Chapitre 3 Les plasmas chauds magnétisés57
      • 1. Physique des plasmas chauds magnétisés59
      • 2. Stabilité59
      • 2.1. Principaux résultats60
      • 2.2. Les problèmes de physique ouverts en MHD66
      • 2.3. Problèmes communs avec d'autres secteurs de la physique69
      • 3. Turbulence et transport70
      • 3.1. Principaux résultats71
      • 3.2. Problèmes de physique ouverts en turbulence76
      • 3.3. Problèmes communs avec d'autres secteurs de la physique79
      • 4. Chauffage et génération de courant81
      • 4.1. Les principales méthodes de chauffage et de génération de courant82
      • 4.2. Les problèmes de physique ouverts en chauffage et génération de courant87
      • 4.3. Liens avec d'autres secteurs de la physique : les procédés plasmas91
      • 5. Diagnostics93
      • 5.1. Les principales techniques de mesure94
      • 5.2. Les diagnostics dans Iter95
      • Chapitre 4 Interaction laser-plasma et laser petawatt101
      • 1. Interaction laser-plasma103
      • 1.1. Physique mise en jeu103
      • 1.2. État de l'art actuel106
      • 1.3. Domaines à développer : études fondamentales, stratégie de développement de codes de prédiction globale, coordination de l'effort108
      • 1.4. Enseignement109
      • 1.5. Coordination et structuration de la communauté110
      • 2. Allumage rapide et laser petawatt110
      • 2.1. Présentation générale110
      • 2.2. Les enjeux scientifiques112
      • 2.3. Stratégie régionale, nationale et européenne117
      • Chapitre 5 La physique atomique pour la fusion123
      • 1. Contrôle du flux d'énergie à la paroi au moyen d'un scénario fortement radiatif125
      • 2. Spectroscopie126
      • 2.1. Spectroscopie passive126
      • 2.2. Effets des champs magnétiques et électriques sur les profils de raies127
      • 2.3. Plasmas par confinement inertiel127
      • 2.4. Spectroscopie active128
      • 2.5. Mesures spectroscopiques dans le plasma de bord129
      • 2.6. Développements associés130
      • 3. Interprétations théoriques130
      • 3.1. Structure et évolution des plasmas130
      • 3.2. Effets des fluctuations turbulentes131
      • 3.3. Développements associés132
      • Chapitre 6 La simulation numérique135
      • 1. La simulation137
      • 2. Fusion magnétique138
      • 2.1. Modélisation intégrée139
      • 2.2. Modélisation dite « de premiers principes »140
      • 2.3. Les verrous et les besoins143
      • 3. Fusion par confinement inertiel144
      • 3.1. La modélisation146
      • 3.2. Les méthodes numériques147
      • 3.3. Les machines148
      • 3.4. L'adéquation de méthodes aux machines150
      • 3.5. Les résultats150
      • 3.6. Points durs et besoins150
      • Conclusion et recommandations151
      • Chapitre 7 Interaction plasma-paroi153
      • 1. Position du problème155
      • 2. Rôle de la région d'interaction plasma-paroi et contraintes associées156
      • 3. Choix de la géométrie de la région d'interaction plasma-paroi158
      • 4. Transport dans le plasma périphérique160
      • 5. États du plasma de divertor161
      • 6. Les matériaux des éléments face aux plasmas162
      • 7. Les problèmes ouverts164
      • Chapitre 8 Les matériaux pour les composants proches du plasma dans les réacteurs à confinement magnétique167
      • 1. Problématique et solutions potentielles pour les composants proches du plasma170
      • 1.1. Les couvertures tritigènes171
      • 1.2. Le divertor174
      • 2. Les matériaux de structure175
      • 2.1. R&D Matériaux pour la technologie fusion177
      • 2.2. Conclusion183
      • 3. Les apports de la modélisation183
      • 4. Les apports de l'expérimentation190
      • 5. Les techniques d'assemblage194
      • 5.1. Les procédés d'assemblage par fusion195
      • 5.2. Les procédés d'assemblage sans fusion196
      • Chapitre 9 Les études de sûreté199
      • 1. Particularités des installations de fusion en termes de sûreté et vis-à-vis de l'environnement203
      • 1.1. Absence de risque de réaction en chaîne203
      • 1.2. Limitation de déchets radioactifs à vie longue203
      • 2. Démonstration de la sûreté des installations de fusion thermonucléaire204
      • 2.1. Approche générale204
      • 2.2. Approche probabiliste complémentaire205
      • 3. La sûreté et les critères environnementaux205
      • 3.1. Prescriptions communes aux deux filières - magnétique et inertielle205
      • 3.2. Prescriptions particulières relatives à la filière magnétique - Maîtrise de l'énergie magnétique211
      • 3.3. Prescriptions particulières relatives à la filière inertielle212
      • 3.4. L'impact de la filière « fusion » sur l'environnement212
      • Chapitre 10 La fusion par confinement inertiel et l'astrophysique215
      • Groupe de lecture critique 219
      • Composition du Groupe de lecture critique221
      • Commentaire du Commissariat à l'énergie atomique223
      • Commentaire du CNRS229
      • Commentaire de la Société française de physique233
      • Présentation à l'Académie des sciences, par Édouard Brézin 237
      • Intervention de Claude Allègre246
      • Intervention d'Édouard Brézin247
      • Intervention de Robert Dautray248
      • Annexes : commander le CD-ROM251

  • Origine de la notice:
    • FR-751131015 ;
    • Electre
  • Disponible - 621.10 FUS

    Niveau 3 - Techniques